멀티태스킹이 일상화된 오늘날, 우리 컴퓨터는 여러 작업을 동시에 처리합니다. 하지만 하나의 자원을 여러 작업(프로세스 또는 스레드)이 동시에 사용하려고 하면 문제가 발생할 수 있습니다. 그래서 뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)라는 동기화 도구가 등장했습니다. 이 글에서는 뮤텍스 세마포어 차이를 쉽게 설명하면서, 적절한 비유를 통해 이해를 돕겠습니다.
뮤텍스(Mutex): 열쇠가 필요한 1칸의 화장실
뮤텍스를 쉽게 이해하려면 열쇠가 필요한 1칸의 화장실를 떠올리면 좋습니다.
비유: 열쇠가 필요한 1칸의 화장실
- 뮤텍스는 하나의 화장실 열쇠와 같습니다. 화장실(자원)을 사용하고 싶은 사람(프로세스 또는 스레드)이 열쇠(뮤텍스)를 들고 들어가면, 다른 사람은 밖에서 기다려야 합니다. 열쇠는 오직 한 사람만 가질 수 있고, 그 사람이 화장실을 다 쓰고 나올 때 열쇠를 반납해야 다른 사람이 사용할 수 있습니다.
뮤텍스의 특징:
- 오직 하나의 사용자만 동시에 자원을 사용할 수 있습니다.
- 자원을 사용 중인 사람이 열쇠를 들고 나올 때까지 다른 사람은 대기해야 합니다.
- 락(lock)이라는 개념으로 자원을 잠가서 다른 사용자가 접근하지 못하게 합니다.
장점:
- 자원이 확실하게 보호됩니다. 한 번에 한 사람만 사용할 수 있으니, 충돌이 없습니다.
단점:
- 누군가 열쇠를 갖고 너무 오래 머물면, 다른 사람은 무조건 기다려야 합니다. 이로 인해 교착 상태(Deadlock)나 기아 상태(Starvation)가 발생할 수 있습니다.
세마포어(Semaphore): 여러 칸이 있는 화장실
세마포어는 화장실 칸이 여러 개 있는 공용 화장실을 떠올리면 쉽게 이해할 수 있습니다.
비유: 여러 칸이 있는 화장실
- 세마포어는 여러 칸이 있는 화장실과 같습니다. 이 화장실에 입장하려면 입구에 있는 화면을 보고 빈 칸이 몇 개 있는지 확인해야 합니다. 빈 칸이 있으면 들어가고, 없으면 대기합니다. 빈 칸이 하나씩 줄어들고, 사람이 나올 때마다 다시 하나씩 늘어납니다. 여러 사람이 동시에 들어갈 수 있지만, 빈 칸이 모두 차면 대기해야 합니다.
세마포어의 특징:
- 여러 사람이 동시에 자원(화장실)을 사용할 수 있습니다. 빈 칸(자원)이 남아있다면 말이죠.
- 세마포어는 카운터를 사용해 자원이 얼마나 남았는지 관리합니다.
- 자원이 다 사용되면, 새로운 사용자는 자리가 날 때까지 기다립니다.
장점:
- 여러 개의 자원을 관리할 수 있어, 동시에 여러 작업이 가능하다는 점에서 효율적입니다.
단점:
- 프로그래밍이 복잡할 수 있습니다. 실수로 자원 관리를 잘못하면 우선순위 역전(Priority Inversion)과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
뮤텍스 vs 세마포어: 차이점 한눈에 보기
| 구분 | 뮤텍스 (Mutex) | 세마포어 (Semaphore) |
|---|---|---|
| 비유 | 열쇠가 필요한 1칸의 화장실 | 여러 칸이 있는 공용 화장실 |
| 동작 방식 | 하나의 사용자만 자원을 잠그고 사용 가능 | 여러 사용자가 자원을 동시에 사용 가능 |
| 관리 방식 | 자원을 잠그고, 열쇠를 가진 사용자만 해제 가능 | 자원 수를 카운터로 관리하며, 대기열 사용 가능 |
| 적용 사례 | 하나의 자원을 여러 프로세스가 사용할 때 | 여러 개의 자원을 여러 프로세스가 사용할 때 |
| 예시 | 파일을 한 번에 하나의 프로그램이 편집할 때 | 여러 스레드가 데이터베이스에 접근할 때 |
결론: 뮤텍스는 독점, 세마포어는 공유
뮤텍스는 하나의 자원을 독점적으로 보호하는 방식이고, 세마포어는 여러 자원을 효율적으로 관리하는 방식입니다. 뮤텍스는 하나의 사용자가 자원을 안전하게 사용할 수 있게 하지만, 세마포어는 여러 사용자가 동시에 자원을 사용할 수 있게 해줍니다.
컴퓨터 시스템에서 뮤텍스와 세마포어는 각각의 용도에 맞게 사용되어, 자원을 안전하고 효율적으로 관리할 수 있도록 도와줍니다. 무작정 사용하기보다는 상황에 맞게 적절히 사용하는 것이 중요합니다.
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